CN105511501A - 一种附配重的旋转式倒立摆 - Google Patents

Abstract

一种附配重的旋转式倒立摆，包括立柱、配重块、横梁和摆杆，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通过立柱底座竖直站立在水平实验台上，所述立柱上部内设置有伺服电机，所述伺服电机与中央处理器和电源连接，所述横梁设置在立柱顶部，伺服电机能够驱动横梁在立柱顶部旋转，所述摆杆悬挂设置在横梁的一端，摆杆该端还设置有单摆编码器，所述单摆编码器与伺服电机和中央处理器连接，所述单摆编码器能够记录横梁旋转过程中，摆杆与竖直方向的偏离角度，所述配重块与横梁固定设置，所述配重块用于保持横梁平衡。本发明，实验过程中受到的外力干扰少；在横梁上设置配重块，实验前可以调节横梁杆的平衡，起到保护伺服电机的作用。

Description

一种附配重的旋转式倒立摆

技术领域

本发明涉及一种倒立摆装置，具体涉及一种附配重的旋转式倒立摆装置。

背景技术

倒立摆是一种不稳定，人为控制使其处于动态平衡的一种装置。它是一种典型的快速，多变量，非线性，不稳定的***，对于倒立摆的研究可以帮助我们认识更多控制领域的问题，所以具有很高的理论价值和实用价值。理论上，它能帮助我们更深的理解控制理论和方法。应用上，它在机器人，甚至航空航天领域都有很大的应用。而且，由于倒立摆装置设计简单，价格低廉，在实验教学中有很大的应用。目前，使用的平台滑车型倒立摆，它占地广，而且小车在滑轨上运行的时候容易受到外力的作用，具有一定的局限性。对于存在的旋转倒立摆，由于没有在横梁上加上配重，在实验的过程中不能保证横梁在水平方向上的平衡，并容易损坏电机。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种附配重的旋转式倒立摆，其具体技术方案如下：

一种附配重的旋转式倒立摆，包括立柱、配重块、横梁和摆杆，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通过立柱底座竖直站立在水平实验台上，

所述立柱上部内设置有伺服电机，所述伺服电机与中央处理器和电源连接，

所述横梁设置在立柱顶部，伺服电机能够驱动横梁在立柱顶部旋转，

所述摆杆悬挂设置在横梁的一端，摆杆该端还设置有单摆编码器，所述单摆编码器与伺服电机和中央处理器连接，所述单摆编码器能够记录横梁旋转过程中，摆杆与竖直方向的偏离角度，

所述配重块与横梁固定设置，所述配重块用于保持横梁平衡。

所述摆杆的顶部设置有摆杆连接器，所述摆杆与横梁通过摆杆连接器连接，摆杆连接器通过铰接的方式与单摆编码器连接。

所述立柱的顶部设置有滑环，所述横梁与滑环的顶部固定，滑环能够在立柱内圆周旋转。

所述单摆编码器还设置有编码器底座，编码器底座与横梁固定。

所述横梁上设置有若干个配重孔，通过配重孔将配重块与横梁固定。

所述立柱为内部中空的空心柱，所述伺服电机位于立柱的内部中空中，所述立柱的顶部设置有电机座，电机座连接伺服电机，所述滑环位于电机座上。

本发明的工作原理是：

立柱固定在立柱底板上，立柱通过立柱底板将本发明支撑竖直站立在平整的实验台上，伺服电机设置在立柱的中部空间内，电机座固定在立柱顶部，伺服电机通过电机座悬挂在立柱内，伺服电机和中央处理器连接，滑环安装在伺服电机座上，当中央处理器控制伺服电机工作时，伺服电机便会带动滑环以一定的速度旋转，横梁与滑环固定，进而横梁也会跟随伺服电机旋转，中央处理器控制伺服电机的转速，进而能够控制横梁的转速。横梁的一端悬挂设置有摆杆、摆杆连接器、单摆编码器和编码器底座，由于摆杆、摆杆连接器、单摆编码器和编码器底座存在的一定的质量，摆杆在旋转的同时，也会产生一定的轴向推力，所以横梁会产生抖动，甚至会使本发明发生倾倒，所以本发明根据相应的情况在横梁上加上配重块，起稳定本发明的作用。摆杆连接器通过铰接的方式与编码器相连接，形成一个“关节”，可以使摆杆绕着横梁摆动。横梁在水平平面里的旋转，使得摆杆在竖直方向上保持平衡。

本发明的有益效果是：

(1)与目前运用较广的倒立摆相比，本发明占地较小，并且在实验过程中受到的外力干扰少；

(2)与目前的倒立摆相比，在横梁上设置配重块，实验前可以调节横梁杆的平衡，起到保护伺服电机的作用；

(3)摆杆处可以拓展成二级摆，只需要在实验前调节配重的位置和数量使横梁在水平位置平衡即可，所以具有拓展性，方便研究的深入进行；

(4)本发明装置结构简单，编程控制方便，利用单摆编码器与伺服电机和中央处理器实现反馈调节，实验简单。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的中央处理器的控制过程图，

附图标记列表：1—摆杆，2—摆杆连接器，3—单摆编码器，4—横梁，5—配重块，6—滑环，7—电机座，8—伺服电机，9—编码器底座，10—立柱，11—立柱底座，12—配重孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

结合附图可见，本一种附配重的旋转式倒立摆，包括立柱10、配重块5、横梁4和摆杆1，所述立柱10的底部固定有立柱底座11，所述立柱10通过立柱底座11竖直站立在水平实验台上，本发明使用时，站立在平整的水平实验台上。

所述立柱10上部内设置有伺服电机8，所述伺服电机8与中央处理器和电源连接，

所述横梁4设置在立柱10顶部，伺服电机8能够驱动横梁4在立柱10顶部旋转，中央处理器控制伺服电机8驱动动力，进而控制横梁4的旋转转速。

所述摆杆1悬挂设置在横梁4的一端，摆杆1该端还设置有单摆编码器3，所述单摆编码器3与伺服电机8和中央处理器连接，所述单摆编码器3能够记录横梁4旋转过程中，摆杆1与竖直方向的偏离角度，中央处理器、单摆编码器3和私服电机形成一个反馈***，单摆编码器3采集摆杆1与竖直方向的偏离角度，中央处理器分析以相应的横梁4转速，使得本发明能够保持平衡。

所述配重块5与横梁4固定设置，所述配重块5用于保持横梁4平衡。根据横梁4以及摆杆1的质量，选用相应的配重块5，使得横梁4保持平衡。

所述摆杆1的顶部设置有摆杆连接器2，所述摆杆1与横梁4通过摆杆连接器2连接，摆杆连接器2通过铰接的方式与单摆编码器3连接。当本发明旋转工作时，摆杆1能够围绕铰接点摆动，与竖直方向产生角度偏差。

所述立柱10的顶部设置有滑环6，所述横梁4与滑环6的顶部固定，滑环6能够在立柱10内圆周旋转。伺服电机8工作时，滑环6与横梁4一起旋转。

所述单摆编码器3还设置有编码器底座9，编码器底座9与横梁4固定。编码器底座9对编码器起到保护和固定的作用，避免编码器在使用过程中发生位置偏移或损坏。

所述横梁4上设置有若干个配重孔12，通过配重孔12将配重块5与横梁4固定。为使横梁4保持平衡，配重块5可以***固定在相应的配重孔12中，若干个配重孔12，能够满足更多不同质量的横梁4和摆杆1，能在横梁4上尽快找到使其平衡的配重块5和配重孔12。

所述立柱10为内部中空的空心柱，所述伺服电机8位于立柱10的内部中空中，所述立柱10的顶部设置有电机座7，电机座7连接伺服电机8，所述滑环6位于电机座7上。通过电机座7，伺服电机8悬在立柱10内，电机座7对滑环6起到支撑作用，工作时，滑环6在电机座7上方旋转工作。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种附配重的旋转式倒立摆，其特征是包括立柱、配重块、横梁和摆杆，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通过立柱底座竖直站立在水平实验台上，

所述立柱上部内设置有伺服电机，所述伺服电机与中央处理器和电源连接，

所述横梁设置在立柱顶部，伺服电机能够驱动横梁在立柱顶部旋转，

所述摆杆悬挂设置在横梁的一端，摆杆该端还设置有单摆编码器，所述单摆编码器与伺服电机和中央处理器连接，所述单摆编码器能够记录横梁旋转过程中，摆杆与竖直方向的偏离角度，

所述配重块与横梁固定设置，所述配重块用于保持横梁平衡。

2.根据权利要求1所述的一种附配重的旋转式倒立摆，其特征是所述摆杆的顶部设置有摆杆连接器，所述摆杆与横梁通过摆杆连接器连接，摆杆连接器通过铰接的方式与单摆编码器连接。

3.根据权利要求2所述的一种附配重的旋转式倒立摆，其特征是所述立柱的顶部设置有滑环，所述横梁与滑环的顶部固定，滑环能够在立柱内圆周旋转。

4.根据权利要求3所述的一种附配重的旋转式倒立摆，其特征是所述单摆编码器还设置有编码器底座，编码器底座与横梁固定。

5.根据权利要求4所述的一种附配重的旋转式倒立摆，其特征是所述横梁上设置有若干个配重孔，通过配重孔将配重块与横梁固定。

6.根据权利要求5所述的一种附配重的旋转式倒立摆，其特征是所述立柱为内部中空的空心柱，所述伺服电机位于立柱的内部中空中，所述立柱的顶部设置有电机座，电机座连接伺服电机，所述滑环位于电机座上。